CN105566844A - 一种耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料，以重量份计，包括以下组分：聚醚醚酮树脂40-60份，聚四氟乙烯树脂10-30份，聚酰亚胺树脂8-20份，碳纤维2-5份，蛭石5-10份，小白菊内酯5-15份，钾长石粉4-8份，相容剂1-2份。本发明还公开了该复合材料的制备方法。该复合材料耐磨性好，耐高温性能优异，易于加工，抗冲击性好，强度大，广泛应用于机械零件制备领域，且制备方法简单，成本低。
Description
技术领域：
本发明涉及复合材料技术领域，具体的涉及一种耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料。
背景技术：
自上世纪70年代碳纤维复合材料开始应用于自行车设计和制造以来，碳纤维复合材料在以高强度轻量化为目标的自行车行业逐渐被人们认可，受到了越来越多的关注。近年来碳纤维复合材料技术不断的发展，同时碳纤维价格也不断下跌，这些都促进了碳纤维复合材料在自行车领域的应用和研究。目前高级自行车的零组件选用碳纤维复合材料已经成为风气，由于碳纤维材料自身优异的特性，利用碳纤维材料制成的零件完全可以满足比赛用自行车轻量高强的要求。
聚醚醚酮是在主链结构中含有一个酮键和两个醚键的重复单元所构成的高聚物，属特种高分子材料。具有耐高温、耐化学药品腐蚀等物理化学性能，是一类结晶高分子材料，熔点334℃，软化点168℃，拉伸强度132～148MPa，可用作耐高温结构材料和电绝缘材料，可与玻璃纤维或碳纤维复合制备增强材料。它主要应用于航空航天、汽车工业等领域，为了更好的提高聚醚醚酮材料的力学性能，常常对其进行改性。
中国专利(201310169953.6)公开了一种耐磨、高强、轻质的聚醚醚酮复合材料，其包括共聚聚醚醚酮树脂、悬浮聚四氟乙烯树脂、碳纤维粉、三氧化二铝粉、硅烷偶联剂，该复合材料具有耐磨损、高强度、自润滑、质轻、耐腐蚀等性能特点，但是其加工性差，抗冲击性能不好。
发明内容：
本发明的目的是提供一种耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料，其耐磨性好，耐高温性能优异，易于加工，抗冲击性好，强度大，广泛应用于机械零件制备领域。
本发明的另一个目的是提供该复合材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料，以重量份计，包括以下组分：
聚醚醚酮树脂40-60份，聚四氟乙烯树脂10-30份，
聚酰亚胺树脂8-20份，碳纤维2-5份，
蛭石5-10份，小白菊内酯5-15份，
钾长石粉4-8份，相容剂1-2份。
作为上述技术方案的优选，一种耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料，以重量份计，包括以下组分：
聚醚醚酮树脂55份，聚四氟乙烯树脂12份，
聚酰亚胺树脂20份，碳纤维3份，
蛭石8份，小白菊内酯10份，
钾长石粉6份，相容剂1.4份。
作为上述技术方案的优选，所述聚醚醚酮树脂为共聚型聚醚醚酮树脂，其熔融粘度为200-300Pa·s，粒径大小为5-10μm，分子量为3-6万。
作为上述技术方案的优选，所述聚四氟乙烯的粒径大小为2-4μm，分子量为700-900万。
作为上述技术方案的优选，所述聚酰亚胺树脂为降冰片烯基封端聚酰亚胺树脂。
作为上述技术方案的优选，所述蛭石的粒径大小为30-80nm。
作为上述技术方案的优选，所述钾长石粉的粒径大小为20-30nm。
作为上述技术方案的优选，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、钠长石粉、聚氨酯中的一种或多种混合。
一种耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将醚醚酮树脂、聚四氟乙烯树脂、聚酰亚胺树脂、碳纤维、蛭石、小白菊内酯、钾长石粉和相容剂混合搅拌均匀，在50-80℃下，捏合10-30min，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料，经挤出机挤出造粒，干燥后，得到耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中所述挤出造粒的条件为：180-200℃，5-10min，机头压力为0.5-1.5MPa。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的碳纤维改性聚醚醚酮复合材料耐磨性好，抗冲击性能优异，易于加工，耐热性好，且制备方法简单，成本低。
与普通聚醚醚酮复合材料相比，本发明添加钾长石粉，使得碳纤维充填于树脂基体中，使得得到的复合材料结构致密，耐磨性好，蛭石是一种天然、无毒的矿物，耐热性好，其为层状结构，加入到树脂基体中，可以有效的与树脂相容，得到的复合材料流动性好，易于加工；相容剂的加入使得碳纤维、蛭石等稳定分散在树脂基体中。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
聚醚醚酮树脂40份，聚四氟乙烯树脂10份，
聚酰亚胺树脂8份，碳纤维2份，
蛭石5份，小白菊内酯5份，
钾长石粉4份，相容剂1份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将醚醚酮树脂、聚四氟乙烯树脂、聚酰亚胺树脂、碳纤维、蛭石、小白菊内酯、钾长石粉和相容剂混合搅拌均匀，在50℃下，捏合10min，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料，经挤出机挤出造粒，干燥后，得到耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料。
实施例2
聚醚醚酮树脂60份，聚四氟乙烯树脂30份，
聚酰亚胺树脂20份，碳纤维5份，
蛭石10份，小白菊内酯15份，
钾长石粉8份，相容剂2份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将醚醚酮树脂、聚四氟乙烯树脂、聚酰亚胺树脂、碳纤维、蛭石、小白菊内酯、钾长石粉和相容剂混合搅拌均匀，在80℃下，捏合30min，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料，经挤出机挤出造粒，干燥后，得到耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料。
实施例3
聚醚醚酮树脂45份，聚四氟乙烯树脂15份，
聚酰亚胺树脂10份，碳纤维3份，
蛭石6份，小白菊内酯7份，
钾长石粉5份，相容剂1.2份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将醚醚酮树脂、聚四氟乙烯树脂、聚酰亚胺树脂、碳纤维、蛭石、小白菊内酯、钾长石粉和相容剂混合搅拌均匀，在60℃下，捏合15min，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料，经挤出机挤出造粒，干燥后，得到耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料。
实施例4
聚醚醚酮树脂50份，聚四氟乙烯树脂20份，
聚酰亚胺树脂12份，碳纤维3.5份，
蛭石7份，小白菊内酯9份，
钾长石粉6份，相容剂1.4份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将醚醚酮树脂、聚四氟乙烯树脂、聚酰亚胺树脂、碳纤维、蛭石、小白菊内酯、钾长石粉和相容剂混合搅拌均匀，在60℃下，捏合20min，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料，经挤出机挤出造粒，干燥后，得到耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料。
实施例5
聚醚醚酮树脂55份，聚四氟乙烯树脂25份，
聚酰亚胺树脂15份，碳纤维4份，
蛭石8份，小白菊内酯11份，
钾长石粉7份，相容剂1.6份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将醚醚酮树脂、聚四氟乙烯树脂、聚酰亚胺树脂、碳纤维、蛭石、小白菊内酯、钾长石粉和相容剂混合搅拌均匀，在65℃下，捏合25min，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料，经挤出机挤出造粒，干燥后，得到耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料。
实施例6
聚醚醚酮树脂60份，聚四氟乙烯树脂30份，
聚酰亚胺树脂18份，碳纤维4.5份，
蛭石9份，小白菊内酯13份，
钾长石粉7.5份，相容剂1.8份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将醚醚酮树脂、聚四氟乙烯树脂、聚酰亚胺树脂、碳纤维、蛭石、小白菊内酯、钾长石粉和相容剂混合搅拌均匀，在75℃下，捏合30min，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料，经挤出机挤出造粒，干燥后，得到耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料。
下面对本发明提供的碳纤维改性聚醚醚酮复合材料进行性能测试，其中，对比例为普通碳纤维改性聚醚醚酮复合材料。
(1)拉伸强度
按照GB/T1040.2-2006进行性能测试。
(2)弯曲强度
按照GB/T9341-2000进行性能测试。
(3)摩擦系数
按照GB3960-1983进行测试。
表1
从表1来看，本发明提供的碳纤维改性聚醚醚酮复合材料，力学性能好，耐磨性能优异。
Claims (10)
1.一种耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：
聚醚醚酮树脂40-60份，聚四氟乙烯树脂10-30份，
聚酰亚胺树脂8-20份，碳纤维2-5份，
蛭石5-10份，小白菊内酯5-15份，
钾长石粉4-8份，相容剂1-2份。
2.如权利要求1所述的一种耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：
聚醚醚酮树脂55份，聚四氟乙烯树脂12份，
聚酰亚胺树脂20份，碳纤维3份，
蛭石8份，小白菊内酯10份，
钾长石粉6份，相容剂1.4份。
3.如权利要求1所述的一种耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述聚醚醚酮树脂为共聚型聚醚醚酮树脂，其熔融粘度为200-300Pa·s，粒径大小为5-10μm，分子量为3-6万。
4.如权利要求1所述的一种耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯的粒径大小为2-4μm，分子量为700-900万。
5.如权利要求1所述的一种耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述聚酰亚胺树脂为降冰片烯基封端聚酰亚胺树脂。
6.如权利要求1所述的一种耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述碳纤维的直径为20-50nm，长度为1-2μm。
7.如权利要求1所述的一种耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述蛭石的粒径大小为30-80nm。
8.如权利要求1所述的一种耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述钾长石粉的粒径大小为20-30nm。
9.如权利要求1所述的一种耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、钠长石粉、聚氨酯中的一种或多种混合。
10.如权利要求1至9任一所述的一种耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将醚醚酮树脂、聚四氟乙烯树脂、聚酰亚胺树脂、碳纤维、蛭石、小白菊内酯、钾长石粉和相容剂混合搅拌均匀，在50-80℃下，捏合10-30min，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料，经挤出机在180-200℃、机头压力为0.5-1.5MPa的条件下挤出造粒，干燥后，得到耐磨碳纤维改性聚醚醚酮复合材料。
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